Skip to Content

 

超声相控阵检测技术在无损检测中的发展及应用

 

    超声相控阵检测技术是基于惠更斯原理研发的,其所用探头由多个晶片组成,应用时按照一定的规则和时序对探头中的一组或者全部晶片进行激活(晶片的激活数量取决于相控阵仪器控制能力和检测需要),每个激活晶片发出的超声波为次波,次波相互干涉,形成所需的新的波阵面传播开去成为超声波束对工件进行检测。

    相控阵这一技术的出现最早是在1959年,当时Tom Brown和Hughes在Kelvin注册了一项超声波环形动态聚焦探头的专利技术,这一技术便是后人所说的相控阵。

    在60年代初,人们开始对超声波相控阵这一技术进行了大量研究,直到70年代初,医学研究者首次将相控阵技术成功运用到人体超声成像方面,这一时期,超声相控阵技术由于系统复杂且制作成本高,在工业方面的应用发展非常缓慢,随着现代技术的飞速发展,压电复合材料、纳秒级脉冲信号控制、数据处理分析、软件技术和计算机模拟等多种高新技术在超声相控阵技术中的综合应用,相控阵系统的复杂性和费用也大为降低,且相控阵技术与传统的超声波检测相比优势明显,超声相控阵检测技术在工业无损检测领域的应用越来越引起人们的重视,因此超声相控阵检测技术在工业无损检测领域逐渐兴起。

    超声波相控阵检测技术具有检测速度快、使用灵活、检测可靠、功能强大、操作简单、具有多种扫描方式等特点,然而,其在应用过程中,与超声波检测技术一样,同样会受到工件表面粗糙度、耦合质量、被检材料冶金状态、探测面选择等工艺因素的影响,此外,还会受相控阵列的频率、压电元件的尺寸和间距以及加工精度的限制。

    从总体来看,超声相控阵检测技术仍优于传统超声检测技术,如检测效率更高、速度更快、只需要扫描一次就可完成检测。

    目前,超声相控阵检测技术主要应用于能源工业、石化工业、航空与航天工业、船舶、铁轨、汽车等工业。在对汽轮机叶片和涡轮圆盘的检测、石油天然气管道焊缝检测、火车轮轴检测、核电站检测和航空材料检测等领域有着成功的应用。

    例如,在核动力装置及设备中,应用常规超声波检测对厚壁工件、粗晶材料和复杂形状工件进行检测时,某些焊缝的可达性及可检性差而申请免检多,如果应用相控技术,则提高了检测效率、减少了辐照时间,为企业和社会取得显著的经济效益。

Overview